Компонентный состав попутного нефтяного газа

Опубликовано: 13.10.2013

Термин «нефтяной газ» с давних времен сопровождается в нашей стране прилагательным «попутный». Не исключено, что такое «попутное» отношение к ценнейшему природному ископаемому изначально определило его незавидную судьбу в России. Однако времена меняются, и нефтяной газ в нашей стране переходит в категорию экономически рентабельного углеводородного сырья.

В отличие от природного газа, компонентный состав попутного нефтяного газа может сильно различаться в зависимости от месторождения. Более того, даже на одном и том же нефтяном месторождении в разные периоды времени компонентный состав ПНГ будет разный. В данной статье приведены примеры компонентного состава газа по разным типам месторождений и ступеням сепарации.

Состав ПНГ по типам месторождений

Компонентный состав ПНГ по типам месторождений представлен в сравнении с компонентным составом природного газа. Такое сравнение помогает наглядно оценить различия между объёмным содержанием компонентов в природном газе и объёмным содержанием компонентов в попутном нефтяном газе. Ведь в отличие от природного газа, ПНГ может использоваться не только как энергетический газ. Переработка ПНГ по газо- и нефтехимическому профилю — это главное направление его полезного использования. Состав попутного газа представлен по трём ступеням сепарации нефти: выделившийся газ после 1 ступени, после 2 ступени и после 3 ступени (концевой).

Компонентный состав ПНГ нефтяного месторождения

Компонентный состав в процентах объёма

Компоненты газовой смеси	Обозначение компонента	Природный газ (газовое м/р)	Попутный нефтяной газ (нефтяное м/р)
			1 ступень	2 ступень	3 ступень
Метан	CH4	94,3442	61,7452	45,6094	19,4437
Этан	C2H6	2,9114	7,7166	16,3140	5,7315
Пропан	C3H8	0,4312	17,5915	21,1402	4,5642
И-Бутан	iC4H10	0,0457	3,7653	5,1382	4,3904
Бутан	C4H10	0,0719	4,8729	7,0745	9,6642
И-Пентаны	iC5H12	0,0289	0,9822	1,4431	9,9321
Пентан	C5H12	0,0258	0,9173	1,3521	12,3281
И-Гексаны	iC6H14	0,0014	0,5266	0,7539	13,8146
Гексан	C6H14	0,0180	0,2403	0,2825	3,7314
И-Гептаны	iC7H16	0,0082	0,0274	0,1321	6,7260
Бензол	C6H6	0,0261	0,0017	0,0061	0,0414
Гептан	C7H16	0,0092	0,1014	0,0753	1,5978
И-Октаны	iC8H18	0,0017	0,0256	0,0193	4,3698
Толуол	C7H8	0,0111	0,0688	0,0679	0,0901
Октан	C8H18	0,0058	0,0017	0,0026	0,4826
И-Нонаны	iC9H20	0,0035	0,0006	0,0003	0,8705
Нонан	C9H20	0,0052	0,0015	0,0012	0,8714
И-Деканы	iC10H22	0,0148	0,0131	0,0100	0,1852
Декан	C10H22	0,0074	0,0191	0,0160	0,1912
Углекислый газ	CO2	0,7379	0,0382	0,1084	0,7743
Азот	N2	1,2906	1,3430	0,4530	0,1995
Сероводород	H2S	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
Показатели
Молекулярная масса, г/моль		17,111	27,702	32,067	63,371
Плотность газа, г/м3		711,339	1151,610	1333,052	2634,436
Содержание углеводородов С3+В, г/м3		17,215	627,019	817,684	2416,626
Содержание углеводородов С5+В, г/м3		6,468	95,817	135,059	1993,360
Представленный в таблице компонентный состав ПНГ характерен для нефтяного м/р

Как видно из таблицы, в составе попутного газа нефтяного месторождения содержание метана почти в 2 раза меньше, чем в составе природного газа. Причём, с каждой последующей ступенью содержание этого компонента уменьшается. Это связано с тем, что метан является самым лёгким углеводородным газом, поэтому выделяется он из нефти значительно быстрее, чем его гомологи. При этом, объёмное содержание гомологов метана, наоборот, с каждой ступенью сепарации только возрастает. Выделению этих компонентов из нефти способствует повышенная температура (подогрев нефти) и низкое давление в сепараторах на объектах подготовки нефти. Также стоит обратить внимание на то, что плотность ПНГ с каждой ступенью увеличивается (выделяются более тяжёлые компоненты). Если сравнить плотность природного газа и попутного газа нефтяного месторождения, можно заметить, что разница более чем в 1,5 раза, а на 2 и 3 ступени — в 2 и 4 раза соответственно. Самое важное, что определяет ценность попутного нефтяного газа — это суммарное содержание компонентов начиная с пропана (С_3+выше). Из таблицы видно, что количество ценных химических компонентов (пропан, бутаны и др.) почти в 30 раз больше, чем в природном газе. Чем выше показатель С_3+выше в попутном нефтяном газе, тем больше продуктов можно получить при переработке данного вида сырья.

Компонентный состав ПНГ газонефтяного месторождения

Компонентный состав в процентах объёма

Компоненты газовой смеси	Обозначение компонента	Природный газ (газовое м/р)	Попутный нефтяной газ (газонефтяное м/р)
			1 ступень	2 ступень	3 ступень
Метан	CH4	94,3442	88,3268	78,1036	68,0128
Этан	C2H6	2,9114	4,0652	6,6898	9,9822
Пропан	C3H8	0,4312	2,7050	5,2149	9,3708
И-Бутан	iC4H10	0,0457	0,6432	2,7913	2,5916
Бутан	C4H10	0,0719	0,9803	2,0636	3,7911
И-Пентаны	iC5H12	0,0289	0,2769	0,8086	1,0854
Пентан	C5H12	0,0258	0,2720	0,7923	1,0583
И-Гексаны	iC6H14	0,0014	0,0665	0,0715	0,2711
Гексан	C6H14	0,0180	0,0797	0,0857	0,3133
И-Гептаны	iC7H16	0,0082	0,0770	0,0827	0,2456
Бензол	C6H6	0,0261	0,0264	0,0484	0,0992
Гептан	C7H16	0,0092	0,0414	0,0446	0,1814
И-Октаны	iC8H18	0,0017	0,0337	0,0362	0,0862
Толуол	C7H8	0,0111	0,0032	0,0034	0,0040
Октан	C8H18	0,0058	0,0058	0,0062	0,0033
И-Нонаны	iC9H20	0,0035	0,0101	0,0130	0,0232
Нонан	C9H20	0,0052	0,0121	0,0094	0,0256
И-Деканы	iC10H22	0,0148	0,0032	0,0045	0,0129
Декан	C10H22	0,0074	0,0067	0,0012	0,0104
Углекислый газ	CO2	0,7379	1,2296	1,7089	2,5362
Азот	N2	1,2906	1,1349	1,4199	0,2943
Сероводород	H2S	0,0000	0,0003	0,0003	0,0011
Показатели
Молекулярная масса, г/моль		17,111	19,140	22,357	25,711
Плотность газа, г/м3		711,339	795,677	929,423	1068,848
Содержание углеводородов С3+В, г/м3		17,215	120,073	277,104	440,631
Содержание углеводородов С5+В, г/м3		6,468	31,258	64,199	114,626
Представленный в таблице компонентный состав ПНГ характерен для газонефтяного м/р

Для газонефтяных месторождений характерно высокое содержание газа в нефти. Содержание метана в компонентном составе газа этого типа месторождений приблизительно равно количеству метана в природном газе. Что касается других компонентов, то попутный газ газонефтяного месторождения гораздо «богаче» в этом плане, чем природный газ. Из таблицы видно, что объёмное содержание пропана, бутанов и других компонентов в нефтяном газе на порядок выше, чем в природном.

Компонентный состав ПНГ нефтегазоконденсатного месторождения

Компонентный состав в процентах объёма

Компоненты газовой смеси	Обозначение компонента	Природный газ (газовое м/р)	Попутный нефтяной газ (нефтегазоконденсатное м/р)
			1 ступень	2 ступень	3 ступень
Метан	CH4	94,3442	91,5126	87,8304	68,7840
Этан	C2H6	2,9114	2,8332	1,4163	5,3423
Пропан	C3H8	0,4312	1,1639	0,1691	8,5214
И-Бутан	iC4H10	0,0457	0,5134	2,5041	2,8754
Бутан	C4H10	0,0719	0,0424	0,2893	5,5696
И-Пентаны	iC5H12	0,0289	0,1061	0,4882	1,6965
Пентан	C5H12	0,0258	0,0172	0,0843	2,2686
И-Гексаны	iC6H14	0,0014	0,0637	0,3584	1,5733
Гексан	C6H14	0,0180	0,0034	0,0169	0,8017
И-Гептаны	iC7H16	0,0082	0,2345	1,1063	0,3598
Бензол	C6H6	0,0261	0,0036	0,0167	0,0689
Гептан	C7H16	0,0092	0,0573	0,1954	0,2864
И-Октаны	iC8H18	0,0017	0,0526	0,2289	0,0953
Толуол	C7H8	0,0111	0,0046	0,0245	0,0038
Октан	C8H18	0,0058	0,0023	0,0104	0,0017
И-Нонаны	iC9H20	0,0035	0,0246	0,0985	0,0014
Нонан	C9H20	0,0052	0,0013	0,0993	0,0023
И-Деканы	iC10H22	0,0148	0,0011	0,0092	0,0480
Декан	C10H22	0,0074	0,0010	0,0087	0,0540
Углекислый газ	CO2	0,7379	3,1694	4,0638	0,3560
Азот	N2	1,2906	0,1873	0,9761	1,2855
Сероводород	H2S	0,0000	0,0046	0,0052	0,0042
Показатели
Молекулярная масса, г/моль		17,111	18,363	20,907	27,699
Плотность газа, г/м3		711,339	763,388	869,140	1151,469
Содержание углеводородов С3+В, г/м3		17,215	57,423	179,886	604,411
Содержание углеводородов С5+В, г/м3		6,468	22,657	109,290	244,146
Представленный в таблице компонентный состав ПНГ характерен для нефтегазоконденсатного м/р

На нефтегазоконденсатных месторождениях количество метана в газовой смеси почти такое же, как и в природном газе. Примечательно, что даже на 2 и 3 ступени метан выделяется в значительном объёме. Фактически, выделившийся попутный газ состоит в основном из метана и преобладает в компонентном составе ПНГ. Тем не менее, в отличие от природного газа, попутный газ нефтегазоконденсатного месторождения содержит ценные углеводородные компоненты. В таблице видно, что содержание углеводородов С3+выше возрастает с каждой ступенью сепарации и превосходит в несколько раз аналогичный параметр в природном газе.

Сравнительный анализ компонентов попутного нефтяного газа

Резюмируя вышеприведённые данные по компонентному составу ПНГ, можно представить следующую выборку важных показателей, на которые следует обратить внимание при сравнительном анализе.

Для определения компонентного состава углеводородных газов применяется специальный прибор — газовый хроматограф. Химик-хроматографист проводит исследование пробы газа и выдаёт результат, на основании которого можно сделать выводы о качестве попутного нефтяного газа, а также о характере его происхождения — либо это чисто нефтяной газ, либо это смесь газов дополнительных источников (газ газовых шапок, газ возврата и пр.). Здесь важно отметить, что анализ желательно проводить сразу же на месте отбора пробы газа, т.к. в этом случае на стенках пробоотборника сконденсируется наименьшее количество тяжёлых компонентов и, следовательно, хроматограмма отобразит более точную картину. Данные по компонентному составу газа позволяют рассчитать его плотность и содержание углеводородов С_3+выше (С_n+выше). Чем выше эти показатели, тем более ценен нефтяной газ.

Что касается азота и углекислого газа в составе ПНГ, то эти компоненты не представляют энергетической ценности, поскольку не обладают теплотворной способностью. Однако по этим показателям можно охарактеризовать месторождение, а точнее, внутрипластовые процессы, протекающие в нём (например, внутрипластовое горение). Более того, с увеличением обводнённости продукции скважин, содержание неуглеводородных компонентов в нефтяном газе возрастает, а компонентный состав «утяжеляется». Обычно это связано с закачкой рабочего агента (вода, газ, пар) и его влиянием на физико-химические параметры пластового флюида.

Повышенное содержание сероводорода в составе ПНГ говорит о том, что оборудование и газопроводы подвергаются усиленной коррозии и, следовательно, на объекте необходимо проводить мероприятия по сероочистке. Из-за значительного коррозионного износа оборудование, как правило, гораздо быстрее вырабатывает свой ресурс, что обычно снижает экономическую эффективность объекта нефтегазоподготовки. В большинстве случаев для увеличения срока службы газопроводов используются трубы из коррозионностойкого металла.

Значение определения состава ПНГ

Зная компонентный состав попутного нефтяного газа, можно оценить не только его рыночную стоимость, но и рассчитать варианты рационального использования: поставлять ПНГ как энергетический газ, либо как сырьё для нефтегазохимии. В любом случае важно правильно подобрать оборудование при обустройстве объектов добычи и подготовки нефти и газа.

В частности, на основе данных об объёме и компонентном составе ПНГ принимаются решения о комплектовании объектов добычи и нефтегазоподготовки необходимым оборудованием, как по мощности, так и по набору используемых установок. Ведь процесс подготовки нефти и газа складывается из целого комплекса технологических операций (осушка, сепарация, сероочистка и удаление углекислого газа, компримирование и др.).

Качественная подготовка нефти и газа снимает ряд проблем, характерных для объектов нефтегазодобычи. Например, недозагруженность сепарационного оборудования (более чем в 2,5 раза) часто является причиной неэффективного отделения газа от капельной жидкости. Отсутствие же газосепараторов приводит к повышенному накоплению жидкости в газопроводах, что создаёт «пробки» — механические отложения на стенках трубы, уменьшающих пропускную способность газопровода. Причём, чем «тяжелее» будет газ (высокий показатель С_3+выше), тем больше жидкости (конденсата) окажется в газопроводе. Всего этого можно избежать, используя эффективное оборудование подготовки нефти и газа, строго соблюдая технологические условия его эксплуатации. Это позволяет максимально использовать имеющиеся ресурсы ПНГ и значительно сократить потери.

Заключение

Итак, для каждого объекта нефтедобычи компонентный состав газа будет разный. И может значительно отличаться от представленного в таблицах, ведь компонентный состав нефти и другие её характеристики (плотность, обводнённость, давление насыщения и пр.) для каждого месторождения индивидуальны. Однако, данные (а проще говоря — цифры), представленные в таблицах помогут определить структуру распределения газа в газовой смеси на разных типах нефтяных залежей.

В английской нефтегазовой терминологии определение «нефтяного газа» даётся как «associated petroleum gas», сокращённо APG. В дословном переводе — «связанный, объединённый нефтяной газ».

В мировой практике уже утвердилась профессиональная традиция комплексной разработки месторождений, когда нефть и нефтяной газ добывают и пускают в дело с одинаковой рачительностью, связанной экономической выгодой и объединённой максимальной экологической безопасностью.

Планетарный опыт воспринят сегодня и нефтяниками России. Всё реже звучит словосочетание «утилизация ПНГ», всё чаще мы слышим сообщения о рациональном применении нефтяного газа. Рациональном — значит разумном, продуманном, расчётливом использовании этого уникального углеводородного сырья.